DE102009009888A1 - Chassis regulating method for vehicle, involves producing control variable, computing control variable as vectorial variable, determining relative variables and modal separating relative variables from each other - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Fahrwerks eines Fahrzeugs mit wenigstens einem einen ansteuerbaren Fahrwerksaktuator aufweisenden aktiven Fahrwerk, mit einer Ermittlungsdaten erzeugenden Ermittlungseinrichtung, wobei die Ermittlungsdaten den Einflusses des Fahrbahnprofils der Fahrbahn auf die Position und/oder die Bewegung des Fahrzeugaufbaus angeben, und mit einer Aktuatorregeleinrichtung, die zur Ansteuerung des wenigstens einen Fahrwerksaktuator in Abhängigkeit von den Ermittlungsdaten der Ermittlungseinrichtung eine Ansteuergröße hervorruft.The The invention relates to a method for controlling a chassis of a Vehicle with at least one controllable Fahrwerksaktuator having active suspension, with a detection data generating Determining means, wherein the determination data influence the lane profile of the lane on the position and / or the movement of the vehicle body, and with an actuator control device, for controlling the at least one Fahrwerksaktuator in dependence from the determination data of the determination means a control quantity causes.
Ein
derartiges Verfahren ist aus
Derartige Ansätze, die eine direkte Inversion der Raddynamik beinhalten und zumindest eine Teilkompensation der Straßenunebenheiten am Rad bewirken wollen sind unbefriedigend. Zum einen ist eine solche Kompensation sehr parameterempfindlich. Algebraische Ansätze dieser Art können entgegen der beabsichtigten Wirkung bis hin zu einem instabilen Verhalten der Regelung führen. Es besteht auch die Gefahr, dass ein Regler zur Regelung der Aufbauregelung und die das Fahrbahnprofil berücksichtigende vorausschauende Regelung gegeneinander arbeiten. Zum anderen agiert eine radbezogene Kompensation mehr als notwendig, da der Fahrzeugaufbau drei Freiheitsgrade aufweist, aber zumindest vier Fahrzeugräder geregelt werden. Der sich daraus ergebende vierte Freiheitsgrad – die so genannte Verspannung des Fahrwerks – hat auf den Komfort keinen Einfluss.such Approaches involving a direct inversion of the wheel dynamics and at least a partial compensation of the road bumps want to cause the wheel are unsatisfactory. First, such compensation very sensitive to parameters. Algebraic approaches to this Art can go up against the intended effect lead to an unstable behavior of the control. It exists also the risk that a regulator for regulating the bodywork regulation and the anticipatory road profile Regulation against each other. On the other hand acts a wheel-related Compensation more than necessary because the vehicle body three degrees of freedom but at least four vehicle wheels are regulated. The resulting fourth degree of freedom - the like called tension of the chassis - has on the comfort no influence.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung dieses bekannte Verfahren zu verbessern.It An object of the present invention is this known method to improve.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The The object is solved by the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments emerge the dependent claims.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Regelung eines Fahrwerks eines Fahrzeugs mit wenigstens einem einen ansteuerbaren Fahrwerksaktuator aufweisenden aktiven Fahrwerk werden mittels einer Ermittlungseinrichtung Ermittlungsdaten erzeugt, die den Einfluss des Fahrbahnprofils der Fahrbahn auf die Position und/oder die Bewegung des Fahrzeugaufbaus angeben. Weiterhin wird mit einer Aktuatorregeleinrichtung eine Ansteuergröße in Abhängigkeit von den Ermittlungsdaten bestimmt und der Ansteuerung des wenigstens einen Fahrwerksaktuator zugrunde gelegt. Die Ansteuergröße wird dabei als vektorielle Größe berechnet, die mehrere Modalkomponenten aufweist, insbesondere Komponenten für die voneinander unabhängigen Modi Hubbewegung, Nickbewegung und Wankbewegung. Weiterhin werden mehrere Relativgrößen bestimmt, die die Relativposition zwischen dem Fahrzeugaufbau und einer durch Radaufstandspunkte des Fahrzeugs definierten Bezugsebene beschreiben und die bei der Berechnung der Ansteuergröße modal getrennt voneinander berücksichtigt werden.at the inventive method control of a Suspension of a vehicle with at least one controllable Fahrwerksaktuator having active suspension are using a Determination device generates determination data that determines the influence the lane profile of the lane on the position and / or the movement indicate the vehicle body. Furthermore, with an actuator control device a control variable as a function of determined the determination data and the control of at least a Fahrwerksaktuator based. The drive size is calculated as a vectorial quantity, which is several Modal components, in particular components for the independent modes of lifting movement, pitching motion and rolling motion. Furthermore, several relative sizes determines the relative position between the vehicle body and a reference plane defined by wheel contact points of the vehicle describe and in the calculation of the drive quantity modal separated from each other.
Das erfindungsgemäße Verfahren berücksichtigt bei der Berechnung der Ansteuergröße zwei oder mehr die Relativposition zwischen Fahrzeugaufbau und der Bezugsebene beschreibende Relativgrößen (zrel, nrel, wrel) modal getrennt voneinander, insbesondere eine relative Aufbauposition zwischen Fahrzeugaufbau und der Bezugsebene und/oder ein relativer Nickwinkel zwischen Fahrzeugaufbau und der Bezugsebene und/oder ein relativer Wankwinkel zwischen Fahrzeugaufbau und der Bezugsebene. Auf diese Weise lässt sich die Aufbauposition optimal steuern bzw. regeln. Die modale aufbaubezogene Regelung ist energieeffizient, da unnötige Stellbewegungen der einzelnen Räder vermieden werden können. Zudem ist diese modale Regelung deutlich robuster.The process of the invention takes into account two or more, the relative position between the vehicle body and the reference plane described relative sizes in the calculation of the control variable (z rel, n rel, w rel) modal separated from each other, in particular a relative assembly position between the vehicle body and the reference plane and / or a relative pitch angle between the vehicle body and the reference plane and / or a relative roll angle between the vehicle body and the reference plane. In this way, the construction position can be optimally controlled or regulated. The modal body-based regulation is energy-efficient, as unnecessary adjustment movements of the individual wheels can be avoided. In addition, this modal control is much more robust.
Vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.advantageous Embodiments of the method result from the dependent Claims.
Es ist vorteilhaft, wenn bei der Berechnung der Ansteuergröße mehrere die Bewegung des Fahrzeugaufbaus beschreibende Beschleunigungsgrößen, wie z. B. die Aufbaubeschleunigung des Fahrzeugaufbaus und/oder eine Nickwinkelbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus und/oder eine Wankwinkelbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus, modal getrennt voneinander berücksichtigt werden, wodurch die Regelung des Fahrwerks und mithin der Fahrkomfort weiter verbessert werden kann.It is advantageous if when calculating the drive quantity several acceleration variables describing the movement of the vehicle body, such as B. the body acceleration of the vehicle body and / or a pitch angular acceleration of the vehicle body and / or a Roll angular acceleration of the vehicle body, modal separated from each other be taken into account, reducing the regulation of the landing gear and thus the ride comfort can be further improved.
Die modal getrennte Berücksichtigung der Relativgrößen, sowie der Positions- und Beschleunigungsgrößen kann auf einfache Weise durch das Aufstellen der Gleichung zur Berechnung der Ansteuergröße in Vektor- bzw. Matrixform erreicht werden.The modal separate consideration of the relative sizes, as well as the position and acceleration quantities can be easily calculated by putting the equation to calculation the drive size achieved in vector or matrix form become.
Es
ist weiterhin möglich, die Ansteuergröße
in Abhängigkeit von einem Fahrwerksregelanteil und einem
Vorausschauanteil zu bestimmen, wobei der Fahrwerksregelanteil proportional
zu einem Zählermatrixpolynom und einem inversen Nennermatrixpolynom
ist. Insbesondere wird die Ansteuergröße anhand
folgender Gleichung ermittelt:
Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Nennermatrixpolynom eine mindestens um den Wert Zwei höhere Ordnung aufweist als das Zählermatrixpolynom. Dadurch ist sichergestellt, dass die Regelung nicht sprungfähig ist.there it is advantageous if the denominator matrix polynomial has an at least is two orders higher than the counter matrix polynomial. This ensures that the scheme does not jump is.
Es ist außerdem von Vorteil, wenn bei der Bestimmung des Vorausschauanteils die Filterwirkung des Nennermatrixpolynoms zumindest teilweise kompensiert wird, wodurch die Ansteuergröße besser an die Ermittlungsdaten der Ermittlungseinrichtung angepasst ist.It is also beneficial when determining the foresight component at least partially compensates the filter effect of the denominator matrix polynomial becomes, whereby the Ansteuergröße better at the Detection data of the determination device is adjusted.
Die Reglerzählermatrizen ergeben sich vorteilhafterweise anhand der Vorgabe eines Wunschverhaltens und anhand von Fahrwerksparametern, die das Fahrwerk des Fahrzeugs charakterisierenden.The Controller counter matrices are advantageously based on the specification of a desired behavior and chassis parameters, the characterizing the chassis of the vehicle.
Der Vorausschauanteil wird vorteilhafterweise derart bestimmt, dass der oder die Fahrwerksaktuatoren kurz bevor eine Störung im Fahrbahnprofil der Fahrbahn auftritt oder gleichzeitig mit dem Auftreten der Störung agiert bzw. agieren, um den Einfluss der Störung auf den Fahrzeugaufbau möglichst vollständig oder zumindest teilweise zu kompensieren.Of the Perspective share is advantageously determined so that the or the suspension actuators shortly before a fault occurs in the lane profile of the road or simultaneously with the Occurrence of the disorder acts or act to influence the disturbance on the vehicle body as completely as possible or at least partially compensate.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:in the Below is an embodiment of the method based the accompanying drawings explained. Showing:
In
Dieses
Teil-Fahrzeug-Modell ist bezogen auf ein ortsfestes Koordinatensystem
- – zStraße beschreibt
den Fahrbahnprofilanteil, der im Fahrzeugaufbau
12 eine Hubbewegung in Richtung der Fahrzeughochachse verursacht, wie z. B. eine langegezogene Bodenwelle; - – nStraße beschreibt
den Fahrbahnprofilanteil, der im Fahrzeugaufbau
12 eine Nickbewegung um die Fahrzeugquerachse verursacht, wie z. B. eine kurze Bodenwelle und - – wStraße beschreibt
den Fahrbahnprofilanteil, der im Fahrzeugaufbau
12 eine Wankbewegung um die Fahrzeuglängsachse verursacht, wie z. B. eine quergeneigte Fahrbahn.
- - z road describes the roadway profile component in the vehicle body
12 causes a lifting movement in the direction of the vehicle vertical axis, such. B. a long-drawn bump; - - n road describes the roadway profile share in the vehicle body
12 causes a pitching movement about the vehicle transverse axis, such. B. a short bump and - - w road describes the roadway profile component in the vehicle body
12 causes a roll movement about the vehicle longitudinal axis, such. B. a transversely inclined roadway.
Der
Aufbaupositionsvektorbeschreibt analog zum Fahrbahnprofilvektor
FV die drei Anteile bzw. Modi der Aufbauposition des Fahrzeugaufbaus
- – z beschreibt eine Hubposition des
Fahrzeugaufbaus
12 in Richtung der Fahrzeughochachse; - – n beschreibt eine Nickposition des Fahrzeugaufbaus
12 um die Fahrzeugquerachse und - – w beschreibt eine Wankposition des Fahrzeugaufbaus
12 um die Fahrzeuglängsachse.
- - z describes a stroke position of the vehicle body
12 in the direction of the vehicle vertical axis; - - n describes a pitching position of the vehicle body
12 around the vehicle transverse axis and - - w describes a rolling position of the vehicle body
12 around the vehicle's longitudinal axis.
Das
aktuelle Istniveau zAR der Feder- oder Dämpfereinheit
Wie
dies in
Über
die Steuereinheit
Die
Beeinflussung bzw. Regelung der Aufbauposition und/oder der Bewegung
des Fahrzeugaufbaus
In
den
Eine
weitere Form einer aktiven Feder- oder Dämpfereinheit
Im
Folgenden wird anhand der
Die
beiden Abtasteinheiten
Die
Ermittlungsdaten in Form des Fahrbahnprofilvektor FV werden der
Steuereinheit
Die
Figur zeigt weiterhin einen Block
Die
von der Steuereinheit
Für
die aktive Feder- oder Dämpfereinheit
- s
- die Laplacevariable (komplexe Frequenz) darstellt
- ΘA
- eine fahrzeugspezifische Trägheitsmatrix darstellt, deren Komponenten durch Messungen ermittelbar sind und den Einfluss von Masse und Trägheit auf den Fahrzeugaufbau beschreiben,
- KD:
- eine fahrzeugspezifische Dämpfungsmatrix darstellt, die die am Fahrzeugaufbau resultierende dampfende Wirkung der Dämpfer beschreibt,
- KF:
- eine fahrzeugspezifische Federmatrix darstellt, die die am Fahrzeugaufbau resultierende federnde Wirkung der Federn beschreibt,
- s
- represents the Laplace variable (complex frequency)
- Θ A
- represents a vehicle-specific inertia matrix whose components can be determined by measurements and describe the influence of mass and inertia on the vehicle body,
- K D :
- represents a vehicle-specific damping matrix which describes the steam-generating effect of the dampers on the vehicle body,
- K F:
- represents a vehicle-specific spring matrix which describes the spring effect of the springs resulting from the vehicle body,
Als
minimale Matrixreglerstruktur kann die nachfolgende Gleichung (2)
gewählt werden, wobei eine Erweiterung der Reglerstruktur
durch Aufnahme von zusätzlichen Freiheitsgraden im Reglerzähler
denkbar ist. Für einen Aufbauregler
- ⌊T4s4 + T3s3 + T2s2 + T1s + I⌋:
- Nennermatrixpolynom Q mit noch zu bestimmenden Koeffizienten T1 bis T4
- K2B_R, KB_R und KI_R:
- noch zu bestimmende Reglerzählermatrizen
- ⌊T 4 s 4 + T 3 s 3 + T 2 s 2 + T 1 s + I⌋:
- Denominator matrix polynomial Q with coefficients T 1 to T 4 to be determined
- K 2B_R , K B_R and K I_R :
- Controller counter matrices still to be determined
Der Vektor REL gibt somit die Differenz zwischen dem Aufbaupositionsvektor AV und dem Fahrbahnprofilvektor FV an.Of the Vector REL thus gives the difference between the built-up position vector AV and the lane profile vector FV.
Um eine ausreichende Störunempfindlichkeit der Regelung zu gewährleisten, weist die Nennermatrixpolynom Q eine um mindestens zwei höhere Ordnung auf als das Zählermatrixpolynom.Around sufficient resistance to interference of the control too ensure that the denominator matrix polynomial Q is one at least two orders higher than the counter matrix polynomial.
Aus den Gleichungen (1) und (2) ergibt sich unter Berücksichtigung von REL = AV – FV folgender Zusammenhang: wobei gilt: [Q] = ⌊T4s4 + T3s3 + T2s2 + T1s + I⌋From the equations (1) and (2), taking into account REL = AV - FV, the following relationship arises: where: [Q] = ⌊T 4 s 4 + T 3 s 3 + T 2 s 2 + T 1 s + I⌋
Würde
man Gleichung (3) nach dem Aufbaupositionsvektor AV auflösen,
ergäbe sich ein Nennerpolynom N, das für das Stabilitätsverhalten
der Regelung verantwortlich ist. Für dieses Nennerpolynom
N kann daher ein Wunschpolynom NWunsch gleicher
Ordnung – im vorliegenden Fall 7. Ordnung – wie
folgt aufgestellt werden:
Dieses Wunschpolynom beschreibt das gewünschte Regelverhalten der Regelung. Es sollte eine Diagonalstruktur aufweisen, d. h. alle Matrizen μ7, μ6, μ5, μ4, μ3, μ2, μ1, I des Polynoms sollen Diagonalmatrizen sein, und sich am dynamischen Verhalten des ungeregelten Systems orientieren, um ein Zusammenwirken zwischen der Regelung und der Regelstrecke zu ermöglichen. Damit ergibt sich: This desired polynomial describes the desired control behavior of the control. It should have a diagonal structure, ie all matrices μ 7 , μ 6 , μ 5 , μ 4 , μ 3 , μ 2 , μ 1 , I of the polynomial should be diagonal matrices, and orient themselves to the dynamic behavior of the unregulated system in order to interact between the control and the controlled system. This results in:
Durch einen Matrixkoeffizientenvergleich können die Reglerkoeffizientenmatrizen bestimmt werden: By a matrix coefficient comparison, the controller coefficient matrices can be determined:
Der so berechnete Regler erzielt eine Entkopplung der Eigendynamik. Eine Zählerdiagonalisierung wird nur tendenziell erreicht.Of the Thus calculated controller achieved a decoupling of the momentum. A counter diagonalization is only achieved with a tendency.
Um
im Unterschied zu einer radbezogenen Kompensation eine modale aufbaubezogene
Regelung zu realisieren wird folgender Ansatz gewählt:
Daraus
ergibt sich auf Basis der Gleichung (4) folgender Zusammenhang für
den geschlossenen Regelkreis, wie er in
Die
Filterwirkung eines Aufbaureglers
Aus den Gleichungen (7) und (8) erhält man: From equations (7) and (8) one obtains:
Diese Matrixgleichung wird als entkoppelbar betrachtet. Durch die vorgegebene Diagonalstruktur des Wunschpolynoms ist dies für das Nennerpolynom N des Systems richtig, für das Zählerpolynom Z aber nur näherungsweise, was die Stabilität des Systems aber nicht beeinträchtigt, da keine Rückwirkungen auf das Nennerpolynom bestehen. Für jeden der drei Modi Huben w, Nicken n und Wanken w kann daher folgende skalare Gleichung angegeben werden: mit This matrix equation is considered decoupled. Due to the given diagonal structure of the desired polynomial, this is correct for the denominator polynomial N of the system, but only approximately for the numerator polynomial Z, which does not affect the stability of the system since there are no effects on the denominator polynomial. For each of the three modes Huben w, N pitch n and wank w, the following scalar equation can be given: With
Für jeden Modus wir nun eine Pol-Nullstellen-Kürzung vorgenommen. Ohne diese Pol-Nullstellen-Kürzung würde der Fahrkomfort beeinträchtigt werden, da bereits eliminierte Bewegungsanteile durch die Regelung wieder eingekoppelt würden. Eine Beeinträchtigung der Robustheit der Regelung ist durch die Pol-Nullstellen-Kürzung nicht zu befürchten, da es sich um stabile Pole handelt. Die daraus resultierende Regelung ist für die Fahrzeuginsassen wegen der dadurch erreichten Reduktion der Bewegungskomplexität angenehm.For every mode we now make a pole-zero cut. Without this pole-zero cut would be the ride comfort be affected, since already eliminated movement shares would be re-coupled by the scheme. An impairment The robustness of the scheme is due to the pole-zero cut not to be feared, since it is about stable poles. The resulting regulation is for the vehicle occupants because of the reduction in movement complexity achieved thereby enjoyable.
Gleichung (10) lässt sich unter Einführung eines gemeinsamen Polynoms Nj_g umformen zu: Equation (10) can be transformed by introducing a common polynomial N j_g :
Für
die das Fahrbahnprofil berücksichtigende Regelung wird
ein skalares Wunschpolynom
Daraus folgt: It follows:
Dabei können Störanteile mit einer Frequenz oberhalb einer vorgegebenen Frequenzschwelle unberücksichtigt bleiben, um unerwünschte Regel- bzw. Stellvorgänge zu unterdrücken. Gleichung (13) wird dann zu: In this case, interference components with a frequency above a predetermined frequency threshold can be disregarded in order to suppress unwanted control or actuating operations. Equation (13) then becomes:
Für
alle Modi zusammengefasst ergibt sich dann folgende Gleichung für
den Previewregler
Das
skalare Wunschpolynom
Da
häufig die Ordnung des Terms
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - US 6233510 B1 [0002] - US 6233510 B1 [0002]
- - DE 102008007657 [0058] - DE 102008007657 [0058]
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| DE102008021738.7 | 2008-04-30 | ||
| DE102009009888A DE102009009888A1 (en) | 2008-04-30 | 2009-02-20 | Chassis regulating method for vehicle, involves producing control variable, computing control variable as vectorial variable, determining relative variables and modal separating relative variables from each other |
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